JP3107366B2 - 列車速度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、列車速度を地上で
測定する列車速度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】列車走行により沿線に生じる地盤振動や
騒音の対策を検討する目的で、列車速度と地盤振動や騒
音との相対関係を明らかにするため、地盤振動と騒音の
測定とともに、その測定地点付近における列車速度を測
定する必要がある。列車速度を地上で測定するための従
来技術には、次のものがある。 （１）軌道に近い測定地点に待機している作業者が、走
行する列車を視認して、ストップウオッチ等の計時手段
を用いて列車の通過時間を測定し、その通過時間と既知
の列車長とに基づいて列車速度を計算するもの（以下、
第１の従来技術という）。 （２）列車走行により検知出力が得られる歪みセンサや
光センサ等の検知器を測定地点の軌道内又は軌道近傍に
予め設置しておき、上記検知出力の変化を時間経過とと
もに記録する。そして、列車通過時における検知出力の
記録に基づいて、すなわち列車の最前部の車軸（又は最
前部）が測定地点を通過してから、列車の最後部の車軸
（又は最後部）が上記測定地点を通過するまでに要した
通過時間を求め、その通過時間と既知の列車長、正確に
いえば、列車の最前部の車軸（又は最前部）から列車の
最後部の車軸（又は最後部）までの間の距離に基づいて
列車速度を計算するもの（以下、第２の従来技術とい
う）。 （３）超音波レーダや電波レーダ等を用いた非接触型の
速度計測装置を利用するもの（以下、第３の従来技術と
いう。）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術によれば、測定者は列車を視認して計時手段を
操作するため、測定場所が列車視認可能な軌道近傍など
に制限され、かつ、測定作業時間が列車視認可能な時間
帯に限定される。従って、高架、トンネル内、橋梁上な
ど、測定者が待機することが困難な場所での測定には不
向きである。また、人手により計時手段を操作するた
め、高精度な時間計測ができないから、正確な速度測定
が難しい。また、第２の従来技術によれば、正確な速度
測定ができる点で、第１の従来技術よりも優れている反
面、測定作業の前に、検知器を軌道内あるいは軌道近傍
に設置する作業及び測定作業後にその検知器を撤去する
作業が必要である。この設置作業及び撤去作業は、保安
上の理由から、列車運行が休止している時間帯に行わな
くてはならず、大掛かりで手間暇のかかるものとならざ
るを得ない。また、第１の従来技術と同様に、高架、ト
ンネル内、橋梁上などの人手による作業が不向きな場所
での測定には不向きである。さらに、第３の従来技術に
よれば、速度計測装置の精度信頼度が気象条件などの外
乱による影響を受けやすいと共に、第２の従来技術の場
合と同様に、速度計測装置の設置場所の制限と設置作業
及び撤去作業の困難性が伴うという問題がある。

【０００４】本発明者の一人は、上記従来技術の問題点
を解消するため、鋭意研究を続けた結果、列車走行によ
り軌道、該軌道を支持する構造物又は地盤に発生する振
動（以下、地盤振動という。）をスペクトル解析して得
た線スペクトルの周波数間隔は高い精度で一定間隔とな
り、かつ、その周波数間隔は、列車速度と列車を構成す
る車両の車軸配置とに依存するという原理を見出した。
列車走行によって生じる地盤振動は、列車特有の起振力
列（車軸、台車及び車体の繰り返しの起振力列）による
強制振動として発生し、線形伝達系を通って観測される
ことが、文献１（物理探鉱、２９〔２〕（昭和５１−
４）吉岡、列車の走行による振動の発生機構についての
１考察、ｐ．２３−３３）に記載されている。

【０００５】一方、文献２（鉄道総研報告３〔８〕（１
９８９−８）吉岡、芦谷、軸重・軸配置が地盤振動に与
える影響、ｐ．３３−４０）には、列車走行による地盤
振動加速度フーリエスペクトルの絶対値の２乗（エネル
ギースペクトル）を示す基本式が示されている。この基
本式の内、上記列車特有の起振力列を具体的に表す、列
車車両の繰り返し効果の時間フーリエ変換Ｒ（ｆ／Ｖ）
を式（１）に示す。 Ｒ（ｆ／Ｖ）＝｛１＋ｅｘｐ（２πｉａｆ／Ｖ）｝｛１＋ｅｘｐ（２πｉｂｆ／ Ｖ）｝｛１−ｅｘｐ（２πｉＮＡｆ／Ｖ｝／｛１−ｅｘｐ（２πｉＡｆ／Ｖ）｝ ……… （１） Ｎ：列車編成両数、Ａ：１車両長、ａ：軸間距離、ｂ：
台車間距離、Ｖ：列車速度、ｆ：振動周波数、ｉ^２＝−
１ 式（１）によれば、列車走行による地盤振動加速度フー
リエスペクトルの絶対値の２乗（エネルギースペクト
ル）は、１車両長Ａ、軸間距離ａ、台車間距離ｂ、列車
速度Ｖに依存することがわかる。

【０００６】上記各変数Ａ，ａ，ｂについて、車両の構
成を示す図１を参照して説明すると、一般的に列車の車
両１は、前後に配置された台車２ａ，２ｂによって支持
されている。各台車２ａ，２ｂは、それぞれ第１車軸３
ａ及び第２車軸３ｂを備えている。軸間距離ａは、第１
車軸３ａ及び第２車軸３ｂ間の距離である。台車間距離
ｂは、隣接する台車２ａ，２ｂ間の同一車軸間の距離で
ある。１車両長Ａは、隣接する車両の同一車軸間の距離
である。

【０００７】図２（ａ）は、列車走行によって発生した
地盤振動の測定結果を示す線図であり、横軸に時間ｔ
を、縦軸に振動加速度Ａｖをそれぞれとっている。図２
（ｂ）は、図２（ａ）の地盤振動の測定結果の内、時点
ｔ１〜ｔ２間の振動部分をスペクトル解析して得たスペ
クトル（パワー・スペクトル）を示す線図であり、横軸
に周波数ｆを、縦軸にスペクトル値Ｅｓｐをそれぞれと
っている。図２（ｂ）に示されているように、スペクト
ルの大部分は、一定周波数間隔Δｆｐで存在する複数の
線スペクトルから構成されていることがわかる。ここ
で、上記周波数間隔Δｆｐは、上述した列車特有の起振
力列によって決定され、かつ、列車速度Ｖに比例してシ
フトすることが実測結果からわかっており、このこと
は、上述した式（１）によっても示されている。したが
って、列車特有のパラメータ（車両の車軸配置）、すな
わち、式（１）における１車両長Ａ、軸間距離ａ、台車
間距離ｂ、及び、振動の測定結果のスペクトルから得ら
れたピーク間の周波数間隔の値Δｆｐが既知であれば、
それらの値に基づいて、未知数である列車速度Ｖを算出
することが可能となる。

【０００８】この見地に立てば、列車走行により発生す
る地盤振動を検出して振動の時系列信号を出力する振動
検出手段と、その時系列信号に対してスペクトル解析を
行って線スペクトルを生成するスペクトル解析手段と、
その線スペクトルの周波数間隔を得るとともに、その周
波数間隔と列車の車軸配置に基づく起振力列を表すパラ
メータとに基づいて列車の走行速度を算出して出力する
速度算出手段とを備えて列車速度測定装置を構成するこ
とができ、この列車速度測定装置は、振動検出手段から
入力される振動の時系列信号に基づいてスペクトル解析
手段が線スペクトルを生成して速度算出手段に出力する
と、速度算出手段は線スペクトルの周波数間隔と車両の
起振力列を現すパラメータとから列車の走行速度を算出
して、例えば速度表示手段に出力することができる。そ
して、列車速度を地上で測定する場合に、測定場所や検
知器の設置場所に制約を受けることなく、しかも、上記
振動発生原理及び振動特性を利用して高精度・高信頼度
に列車速度の計測が可能であるという利点がある。しか
しながら、上記列車速度測定装置のような構成とした場
合は、振動の時系列信号に対してスペクトル解析して得
た線スペクトルから列車速度を算出する際の処理の全部
をソフトウェアによって行うため、速度算出に関わるソ
フトウェアが複雑になり、その開発に多くのコストが必
要であり、かつ、運用上もソフトウェアの負担が大きい
という問題点がある。

【０００９】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、その課題は、列車速度を地上で測定する場合
に、測定場所や検知器の設置場所に制約を受けることな
く、しかも、上記振動発生原理及び振動特性を利用して
高精度・高信頼度に列車速度の計測が可能で、なおか
つ、速度算出に関わるソフトウェアの簡素化を図り、ソ
フト開発に要するコストの削減が可能な列車速度測定装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明の列車速度測定装置は、列車走行に
より発生する地盤振動を検出して振動の時系列信号を出
力する振動検出手段と、前記時系列信号に対してスペク
トル解析を行って線スペクトルを生成するスペクトル解
析手段と、前記線スペクトルを、スペクトル値と周波数
とを縦横軸として画面表示するスペクトル表示手段と、
周波数間隔が等しい複数のカーソル線を生成して、前記
スペクトル表示手段にオーバーレイ表示させるカーソル
生成手段と、手動操作に応じて前記カーソル生成手段を
制御して、前記スペクトル表示手段にオーバーレイ表示
されている前記複数のカーソル線の周波数間隔を変化さ
せるカーソル制御手段と、前記スペクトル表示手段にオ
ーバーレイ表示されている前記複数のカーソル線が前記
スペクトル表示手段に表示されている線スペクトルと合
致した時の前記周波数間隔と列車の車軸配置による起振
力列を表すパラメータとに対応する列車の走行速度を算
出して出力する速度算出手段とを有することを特徴とし
ている。上記構成によれば、振動検出手段から入力され
る地盤振動の時系列信号に基づいてスペクトル解析手段
が線スペクトルを生成して出力する。スペクトル表示手
段は、線スペクトルを図形として表示する。カーソル生
成手段によってスペクトル表示手段上における周波数軸
に対して周波数間隔が等しい複数のカーソル線がオーバ
レイ表示される。操作者は、カーソル制御手段を操作す
ることによって、複数のカーソル線の間隔を線スペクト
ルの間隔に一致させる。そのときに、速度算出手段は、
カーソル表示手段に表示されている複数のカーソル線の
周波数間隔と起振力列パラメータとに対応する列車速度
を算出して、例えば速度表示手段に出力する。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の列車速度測
定装置が別個の振動記録部と速度換算部とで構成され、
前記振動記録部は、前記振動検出手段及びその振動検出
手段から出力される振動の時系列信号を記録媒体に記録
する記録手段を有し、前記速度換算部は、スペクトル解
析手段、前記スペクトル表示手段、前記カーソル生成手
段、前記カーソル制御手段及び前記速度算出手段を有
し、前記スペクトル解析手段は、前記記録媒体から再生
される前記振動検出信号を入力するものであることを特
徴としている。上記構成によれば、振動記録部は、列車
走行により発生する地盤振動の時系列信号を記録媒体に
記録する。速度換算部は、前記記録媒体から再生された
振動の時系列信号を入力してスペクトル解析手段によっ
て生成された線スペクトルをスペクトル表示手段に表示
させる。操作者は、カーソル制御手段を操作することに
よって、オーバレイ表示されている複数のカーソル線の
間隔を線スペクトルの間隔に一致させる。そのときに、
速度算出手段は、カーソル表示手段に表示されているカ
ーソル線群の周波数間隔と起振力列パラメータとに対応
する列車速度を算出して、例えば速度表示手段に出力す
る。

【００１２】請求項３の発明は、列車速度測定装置が、
列車走行により発生する地盤振動を検出して振動の時系
列信号を出力する振動検出手段と、前記時系列信号に対
してスペクトル解析を行って線スペクトルを生成するス
ペクトル解析手段と、前記線スペクトルを、スペクトル
値と周波数とを縦横軸として画面表示するスペクトル表
示手段と、列車の起振力列を表すパラメータと任意に設
定される指標列車速度とに基づいて生成した指標スペク
トルを前記スペクトル表示手段にオーバーレイ表示させ
る指標スペクトル生成手段と、手動操作に応じて、前記
スペクトル表示手段にオーバレイ表示されている指標ス
ペクトルが前記スペクトル表示手段に表示されている線
スペクトルと合致させるべく前記指標スペクトル生成手
段に設定する前記指標列車速度を変化させる指標列車速
度設定手段と、前記指標列車速度設定手段によって前記
指標スペクトル生成手段に設定される前記指標列車速度
を表示する速度表示手段とを有することを特徴としてい
る。上記構成によれば、振動検出手段から入力される振
動の時系列信号に基づいてスペクトル解析手段が線スペ
クトルを生成して出力する。スペクトル表示手段は、線
スペクトルを図形として表示する。指標スペクトル生成
手段によって列車の起振力列を表すパラメータ及び指標
列車速度に基づいて生成された指標スペクトルがスペク
トル表示手段にオーバーレイ表示される。操作者は、指
標列車速度設定手段を操作して指標スペクトル生成手段
に設定する指標列車速度を変化させることによって、指
標スペクトルのパターンを上記線スペクトルのパターン
に一致させる。そのときに、指標列車速度設定手段から
指標スペクトル生成手段に設定されている指標列車速度
が列車速度として速度表示手段に表示される。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３の列車速度測
定装置が別個の振動記録部と速度換算部とで構成され、
前記振動記録部は、振動検出手段及びその振動検出手段
から出力される振動の時系列信号を記録媒体に記録する
記録手段を有し、前記速度換算部は、スペクトル解析手
段、前記スペクトル表示手段、前記指標スペクトル生成
手段、前記指標列車速度設定手段及び前記速度表示手段
を有し、前記スペクトル解析手段は前記記録媒体から再
生される前記振動検出信号を入力するものであることを
特徴としている。上記構成によれば、振動記録部は、列
車走行により発生する地盤振動の時系列信号を記録媒体
に記録する。速度換算部は、前記記録媒体から再生され
た振動の時系列信号を入力してスペクトル解析手段によ
って生成された線スペクトルをスペクトル表示手段に表
示させる。操作者は、指標列車速度設定手段を操作する
ことによって、指標スペクトルのパターンをスペクトル
表示手段に表示されている線スペクトルのパターンに一
致させる。そのときに、速度算出手段は、カーソル表示
手段に表示されている指標スペクトルの周波数間隔に対
応する列車速度を算出して速度表示手段に表示させる。

【００１４】なお、本明細書において、列車とは、同一
の車軸配置を有する車両を複数台接続して構成されるも
のをいう。上記列車は、通常の列車や貨物列車の他、例
えば、モノレール、新交通システム及び工場等で使用さ
れる無人搬送システム等で使用される車両から構成され
るものを含む。また、上述した原理に基づいて、すなわ
ち列車の走行によって生じる地盤振動のスペクトル解析
結果（周波数間隔Δｆｐ）と、車両の起振力列を示すパ
ラメータとから列車速度を求めることが可能であれば、
列車を構成する車両の形式や形態は限定されない。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の列車速度測定装置
の実施の形態について説明する。図３は本発明の列車速
度測定装置の基本的構成を示す概略図であり、図４は同
装置の第１の実施の形態の内部構成を示すブロック図、
図５は同装置の表示パネル面を示す説明図である。図３
の列車速度測定装置１０は、列車走行により軌道、該軌
道を支持する構造物又は地盤等ＶＴに発生する振動（地
盤振動）を検出して振動の時系列信号である振動検出信
号Ｓｖを出力する加速度センサ等から構成される振動検
出手段１１と、本体１２とから構成されている。本体１
２は、図４に示すように、第１の実施の形態の列車速度
測定装置１０Ａにおいては、速度表示手段１３と、起振
力列パラメータ設定手段１４と、レベル調整手段１５
と、スペクトル解析手段１６と、スペクトル表示手段１
９と、カーソル生成手段２０と、カーソル制御手段２２
とを有する。

【００１６】速度表示手段１３及びスペクトル表示手段
１９、図５に示されているように、表示パネル面に設け
られている。速度表示手段１３は、測定された列車速度
Ｖの数値を表示するためのものである。起振力列パラメ
ータ設定手段１４は、後述する起振力列パラメータであ
る１車両長Ａ、車軸間距離ａ及び台車間距離ｂを速度算
出手段２２に入力するためのものであり、この起振力列
パラメータ設定手段１４は、置数キー及びパラメータの
種類、すなわち上記Ａ，ａ，ｂを特定するためのパラメ
ータ設定キーを具備している。

【００１７】レベル調整手段１５は、振動検知手段１１
から出力された振動検出信号Ｓｖを処理しやすい大きさ
となるように増幅又は減衰するものである。スペクトル
解析手段１６は、レベル調整手段１５から入力される振
動検出信号Ｓｖ（図２（ａ）参照）を適当なサンプリン
グ間隔でサンプリングし、そのサンプリングした振動検
出信号Ｓｖのデータに対してスペクトル解析（例えばフ
ーリエ解析等）を行って、振動の線スペクトル（図２
（ｂ）及び図５参照）を生成し、スペクトル表示手段１
９に入力する。

【００１８】起振力列パラメータ設定手段１４は、上記
各パラメータＡ，ａ，ｂを任意にすなわち計測対象列車
の車軸配置に対応して設定して速度算出手段２２に与え
るためのものであるが、上記各パラメータが固定であれ
ば、すなわち同じ種類の列車の速度を測定することが決
まっている場合には、固定された各パラメータをメモリ
手段に格納するとともに、そのパラメータをメモリ手段
から読出して速度算出段２２に設定するようにすればよ
い。この場合には、起振力列パラメータ設定手段１４を
省略することもできる。また、起振力列パラメータは、
この列車速度測定装置の外部から通信によって速度算出
手段に設定するようにしてもよい。

【００１９】スペクトル表示手段１９は、スペクトル解
析手段１６から出力される線スペクトル（図中実線で示
す）を周波数軸ｆ及びそれに直交するスペクトル値の軸
Ｅｓｐの２軸で示される座標軸上に図形として表示する
ものである。

【００２０】カーソル生成手段２０は、周波数が等間隔
となる複数のカーソル線Ｃを生成してスペクトル表示手
段１９にオーバレイ表示させるものである。なお、複数
のカーソル線Ｃの始線は、スペクトル表示手段１９にお
いて周波数軸ｆの原点（０Ｈｚ）に一致するように表示
される。

【００２１】カーソル制御手段２１は、カーソル生成手
段２０によってスペクトル表示手段１９にオーバレイ表
示されている複数のカーソル線Ｃ間の周波数間隔Δｆｃ
を調整するものであり、表示している周波数間隔Δｆｃ
に対応する間隔データを出力する。このカーソル制御手
段２１には、複数のカーソル線の間隔を調整するための
操作器２１ａが設けられている。この操作器２１ａは、
図５に一例を示すように、時計方向及び反時計方向に回
動するつまみを有しており、カーソル制御手段２１は、
操作器２１ａの出力信号によって上記つまみの回転方向
及び回転量を認識して、その回転方向及び回転量に対応
してスペクトル表示手段１９にオーバレイ表示されてい
る複数のカーソル線の間隔を変化させるとともに、その
間隔Δｆｃに対応する間隔データを出力する。

【００２２】速度算出手段２２は、カーソル制御手段２
１から入力される間隔データと、起振力列パラメータ設
定手段１４から入力される起振力列パラメータとに基づ
いて、その時点でカーソル表示手段１９に表示されてい
る複数のカーソル線Ｃの周波数間隔Δｆｃに対応する列
車速度を演算して出力するものである。すなわち、起振
力列パラメータが決まれば、線スペクトルの周波数間隔
は列車速度に応じてシフトするという関係があるから、
ある周波数間隔に対応する間隔データと、その間隔デー
タに対応する列車速度との対応関係がわかれば、速度算
出手段２２は、間隔データの値に応じて列車速度を演算
することができる。なお、速度算出手段２２は、カーソ
ル制御手段２１から入力される複数のカーソル線の間隔
Δｆｃに対応する間隔データから周波数間隔を算出し、
その周波数間隔の値と起振力列パラメータとに基づいて
速度を算出するようにしてもよい。

【００２３】図４、図５（ａ）、図５（ｂ）を参照し
て、列車速度測定装置１０Ａの動作を説明すると、振動
検出手段１１から出力された振動検出信号Ｓｖがスペク
トル解析手段１６に入力されると、線スペクトルが実線
で示される。この段階では、破線で示す複数のカーソル
線Ｃは、未調整状態なので、通常は線スペクトルと一致
していない。すなわち、線スペクトルの周波数間隔Δｆ
ｐと複数のカーソル線の間隔Δｆｃとは不一致である。
速度表示手段１３には、その状態での複数のカーソル線
の間隔Δｆｃに対応する速度が表示されている。

【００２４】次に、測定者が操作器２１ａのつまみを操
作して、図５（ｂ）に示すように、複数のカーソル線Ｃ
の間隔が線スペクトルに一致してぴったりと重なるよう
に調整すると、そのときの周波数間隔Δｆｐと、複数の
カーソル線の間隔Δｆｃとが一致する。そして、その状
態での複数のカーソル線の間隔Δｆｃに対応する速度が
速度算出手段２２によって算出されて速度表示手段１３
に表示される。ここで表示される値が測定された列車速
度である。

【００２５】このように、線スペクトルの存在している
部分を基準として、複数のカーソル線の間隔と線スペク
トルの間隔とを手動操作によって一致させることにより
列車速度を算出することができる。この際、線スペクト
ルの欠けている部分については容易に視認できるので、
複数のカーソル線の間隔の調整を誤るおそれはほとんど
ない。すなわち、上述の第１の実施の形態によれば、線
スペクトルの周波数間隔Δｆｐの認識を手動操作によっ
て行っているため、線スペクトルから周波数間隔Δｆｐ
を認識して速度を算出するためのソフトウェアの負担が
少なくて済むからソフト開発コストを削減することがで
きる利点がある。

【００２６】第１の実施の形態は従来技術と違って、以
下の利点を有する。 （１）振動検出手段１１の設置場所は、列車走行により
発生する地盤振動を検出することができれば、任意であ
る。軌道から離れても良い。したがって、従来測定が不
向きな場所であっても、問題なく列車速度を測定するこ
とができる。例えば、トンネル内の列車速度を測定する
場合には、トンネルの上や近傍で測定ができる。高架上
や橋梁上の列車速度を測定する場合には、高架や橋梁の
下部やそれらが設けられている地盤部分で測定ができ
る。また、振動検出手段１１の設置場所は、振動検出手
段１１が充分な大きさの振動検出信号Ｓｖを出力するこ
とができれば、どこでもよく、例えば、土の上でもかま
わない。なお、上記充分な大きさの振動検出信号Ｓｖと
は、その信号をスペクトル解析して得た振動の線スペク
トルがノイズ等の影響から明瞭に区別して識別できる程
度のものをいう。 （２）振動検出手段１１は、軌道外の測定対象位置に置
くだけでよいので、従来と異なり、軌道上や軌道至近に
おける測定前の検知器の設置及び測定後の撤去作業を必
要としない。したがって、列車速度測定作業を大幅に簡
素化することができる。 （３）列車を目視する必要がないので、測定時間帯を選
ばない。すなわち、夜間であっても問題なく列車速度を
測定することができる。また、気象条件などによる影響
を受けない。 （４）目視による列車通過の時間計測を行わないので、
列車速度の測定結果に人為的な誤差が含まれず、正確な
列車速度を測定することができる。

【００２７】上述した第１の実施の形態は、振動記録部
と速度換算部とに分けた構成とすることができる。この
ような第２の実施の形態を示すブロック図を図６に示
す。図６において、列車速度測定装置１０Ｂを構成する
振動記録部１００は、振動検出手段１１、レベル調整手
段１５及び記録再生手段１８を有する構成とし、速度換
算部２００Ａは、速度表示手段１３、起振力列パラメー
タ設定手段１４、スペクトル解析手段１６、速度算出手
段２２、カーソル生成手段２０、スペクトル表示手段１
９及びカーソル制御手段２１を有する構成とすればよ
い。すなわち、振動記録部１００には、上記第１の実施
の形態における振動検出手段１１及びレベル調整手段１
５に加えて、振動検出信号Ｓｖを磁気テープ等の記録媒
体に記録及び再生するデータレコーダ等から構成される
記録再生手段（記録手段）１８を有している。

【００２８】上記構成によれば、列車速度の測定を行う
際には、振動記録部１００のみがあればよい。すなわ
ち、列車車両の走行により発生する振動の伝達される振
動伝達物に振動検出手段１１を設置しておき、振動検出
信号Ｓｖをレベル調整手段１５を介して記録再生手段１
８に入力して、記録媒体に記録する。

【００２９】このようにして、記録媒体に記録された振
動検出信号に基づいて列車速度を求める際には、振動記
録部１００を速度換算部２００Ａに接続して、記録再生
手段１８から再生出力される振動検出信号Ｓｖを速度換
算部２００Ａのスペクトル解析手段１６に入力する。速
度換算部２００Ａを構成するスペクトル解析手段１６、
スペクトル表示手段１９、カーソル生成手段２０、カー
ソル制御手段２１、カーソル制御手段２２、起振力列パ
ラメータ設定手段１４及び速度算出手段２２は、前述し
た図４の構成の場合と同様の処理動作を実行して、列車
速度を算出表示する。

【００３０】上記第２の実施の形態によれば、振動記録
部１００のみで列車車両の走行によって発生する振動に
対応する振動検出信号を記録し、その記録された振動検
出信号の再生出力を速度換算部２００Ａによって速度に
換算することができる。したがって、振動検出信号Ｓｖ
の測定作業と、列車速度算出作業とを分離して別々の場
所で行うことができる。つまり、速度測定の際には、振
動記録部１００のみを携帯して測定位置で振動検出信号
を記録すればよく、測定作業の際に持ち歩く測定器材の
物量を減らすことができるので、測定位置が過酷な状況
にある場合にも、測定作業者の負担が軽くなる。

【００３１】なお、操作器２１ａの形式は、回転方式の
ものに限定されるものではなく、任意の方式を採用すれ
ばよい。例えば、つまみを直線的に操作するスライド方
式でもよい。あるいは、キースイッチを押下することに
より複数のカーソル線の間隔を調整するようにしてもよ
い。

【００３２】上述の実施の形態では、起振力列パラメー
タとして、１車両長Ａ、台車間距離ａ、車軸間距離ｂを
用いたが、これは、１台の台車が２軸の車軸を備え、２
台の台車によって１台の車両を支持する形式の車両構造
の場合に適用されるものである。もし、台車及び車軸の
数及び配置関係が上記形式と異なる車両の速度測定を行
う場合には、起振力列パラメータの構成を台車及び車軸
の数及び配置関係に対応させればよい。

【００３３】なお、本発明装置においては、振動検出信
号Ｓｖに対してスペクトル解析を行うことにより得られ
る線スペクトルの縦軸の単位は特に限定されない。これ
は、線スペクトルの周波数間隔のみを用いるためであ
る。

【００３４】振動検出手段１１は、加速度センサに限ら
れるものではなく、振動信号（振動の時系列信号）を出
力するものであればよく、速度センサでもよい。なお、
振動検出手段として速度センサを用いた場合には、振動
検出信号をスペクトル解析して得たスペクトルの縦軸の
単位が、加速度センサから出力される振動検出信号をス
ペクトル解析して得た場合のスペクトルの縦軸の単位と
は異なる。しかしながら、本発明では、線スペクトルの
周波数間隔のみを認識することができればよく、縦軸の
単位については特に限定されない。例えば、第１の実施
の形態において、スペクトル表示手段１９は、スペクト
ルを、周波数軸とそれに直交するスペクトル値の軸との
２軸で示される座標上に図形として表示するものとして
説明したが、縦軸の単位は、別の数値単位でもかまわな
い。

【００３５】また、上述した第２の実施の形態におい
て、振動記録部１００の記録再生手段１８とは別個の記
録再生手段を速度換算部２００Ａに設けた構成としても
よい。その際には、記録再生手段１８によって振動検出
信号を記録した記録媒体を上記別個の記録再生手段によ
って再生することより、振動検出信号を速度換算部２０
０Ａのスペクトル解析手段１６に与える。上記構成によ
れば、振動記録部１００を速度換算部２００Ａに接続す
る必要がなく、振動検出信号を記録した記録媒体をやり
取りすればよいので、取扱いが容易である。

【００３６】図７は、第３の実施の形態の列車速度測定
装置１０Ｃの構成を示すブロック図である。振動検出手
段１１及び本体１２に設けられる速度表示手段１３、起
振力列パラメータ設定手段１４、レベル調整手段１５、
スペクトル解析手段１６、スペクトル表示手段１９は、
上述した第１の実施の形態と同様の構成である。新たに
付加された指標スペクトル生成手段２３は、起振力列パ
ラメータ設定手段１４によって設定される起振力列パラ
メータと、新たに付加された指標速度設定手段２４によ
って設定される指標列車速度とに基づいて、指標スペク
トルを生成し、スペクトル表示手段１９に与える。スペ
クトル表示手段１９は、その指標スペクトルをオーバレ
イ表示する。この指標スペクトルは、第１の実施の形態
で説明した任意の周波数間隔の線スペクトルを有するス
ペクトルと同じであり、本明細書の段落番号０００４〜
０００６で述べた原理に基づいて生成されるものであ
る。

【００３７】指標速度設定手段２４には、指標スペクト
ル生成手段２３に設定する指標列車速度を可変するため
の操作器２４ａが設けられている。この操作器２４ａ
は、第２の実施の形態で示した操作器２１ａと同様のも
のである。指標速度設定手段２４は、操作器２４ａの出
力信号によって上記つまみの回転方向及び回転量を認識
して、その回転方向及び回転量に対応して指標スペクト
ル生成手段２３に設定する指標列車速度を変化させる。
したがって、この指標列車速度を変化することによっ
て、指標スペクトル生成手段２３がスペクトル表示手段
１９にオーバレイ表示する指標スペクトルの線スペクト
ルの周波数間隔が変化する。速度表示手段１３は、指標
速度設定手段２４から出力される上記指標列車速度を表
示する。

【００３８】上記構成による動作について説明する。操
作者は、スペクトル表示手段１９にオーバレイ表示され
る指標スペクトルのパターンが線スペクトルのパターン
に合致するように操作器２４ａを調整する。指標スペク
トルのパターンが線スペクトルのパターンに合致した時
点で、速度表示手段２５に表示されている指標列車速度
が実際の列車速度を指し示している。この場合には、線
スペクトルの周波数間隔を直接求める必要がなく、か
つ、人手によって指標スペクトルの周波数間隔を線スペ
クトルの周波数間隔に調整するので、ソフトウェアの負
担が減る利点がある。

【００３９】この第３の実施の形態においても、第２の
実施の形態の場合と同様に、振動記録部と速度換算部と
に分けた構成とすることができる。このような第４の実
施の形態を示すブロック図を図８に示す。図８におい
て、列車速度測定装置１０Ｄを構成する振動記録部１０
０は、図６の装置と同様に、振動検出手段１１、レベル
調整手段１５及び記録再生手段１８を有する構成とすれ
ばよい。一方、速度換算部２００Ｂは、速度表示手段１
３、起振力列パラメータ設定手段１４、スペクトル解析
手段１６、スペクトル表示手段１９、指標スペクトル生
成手段２３及び指標速度設定手段２４を有する構成とす
ればよい。このような構成とすることにより、第２の実
施の形態の場合と同様に、振動検出信号Ｓｖの振動測定
作業と、列車算出作業とを分離して別々の場所で行うこ
とができる。

【００４０】起振力列の決定要素である列車の車軸の繰
り返し効果は、きちんと地上側に保たれて現れる。本願
発明のポイントは、車体自体の振動を地上側で検出する
ことを狙うものではなく、列車特有の構成（車軸配置）
に基づく上記車軸の繰り返し効果の検出を狙う点にあ
る。よって、本願発明においては、振動検出手段は車上
に設けられてはならず、地上に設けられなければならな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜４の発
明は、以下のような共通の効果を奏する。 （１）振動検出手段の設置場所は、列車走行により発生
する地盤振動を検出することができれば、他の制約を受
けないので、従来技術では測定が不向きな場所でも、列
車速度の測定が可能である。 （２）振動検出手段は、測定位置に置くだけで測定がで
きるから、軌道上や軌道至近における測定前後の手間暇
のかかる検知器の設置及び撤去作業を行う必要がないの
で、列車速度測定作業を大幅に簡素化できる。 （３）測定を行う際に列車が見える必要がないので、測
定時間帯を選ばない。すなわち、夜間でも列車速度の測
定が可能である。 （４）目視による列車通過の時間計測を行う従来技術と
異なり、列車速度の測定結果に人為的な誤差が含まれ
ず、正確な列車速度を測定することができる。光セン
サ、超音波レーダなどによる列車検出を行う従来技術と
異なり、気象条件などによる影響を受けずに、正確な列
車速度の測定を行うことができる。

【００４２】そして、請求項１の発明によれば、振動の
時系列信号に対してスペクトル解析して得た線スペクト
ルから列車速度を算出する際の処理の一部をカーソル制
御手段の手動操作によって行うため、速度算出に関わる
ソフトウェアを簡素化することができ、ソフト開発に要
するコストを削減することができる。

【００４３】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
装置を列車走行により生じる地盤振動を測定記録するた
めの振動記録部と記録された振動検出信号に基づいて列
車速度を求めるための速度換算部とに分離して構成した
ので、振動測定作業及び速度算出作業とを分離して別々
の場所で行うことができ、測定場所の環境の影響を受け
ずに速度算出作業を行なうことができる。

【００４４】請求項３の発明によれば、振動の時系列信
号に対してスペクトル解析して得た線スペクトルから列
車速度を算出する際の処理の一部を指標列車速度手段の
手動操作によって行うため、速度算出に関わるソフトウ
ェアを簡素化することができ、ソフト開発に要するコス
トを削減することができる。

【００４５】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
装置を列車走行により生じる地盤振動を測定記録するた
めの振動記録部と記録された振動検出信号に基づいて列
車速度を求めるための速度換算部とに分離して構成した
ので、振動測定作業及び速度算出作業とを分離して別々
の場所で行うことができ、測定場所の環境の影響を受け
ずに速度算出作業を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】列車車両の構成を示す説明図である。

【図２】列車車両の走行による地盤振動の測定結果及び
そのフーリエ変換結果を示す線図である。

【図３】本発明の列車速度測定装置の基本的構成を示す
概略図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】第１の実施の形態における表示パネル面を示す
説明図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図７】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 列車速度測定
装置 １１ 振動検出手段 １３ 速度表示手段 １４ 起振力列パラメータ設定手段 １６ スペクトル解析手段 １８ 記録再生手段（記録手段） １９ スペクトル表示手段 ２０ カーソル生成手段 ２１ カーソル制御手段 ２２ 速度算出手段 ２３ 指標スペクトル生成手段 ２４ 指標速度設定手段 １００ 振動記録部 ２００Ａ，２００Ｂ 速度換算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/00 - 3/42 G01P 3/50 - 3/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 列車速度を地上で測定する列車速度測定
   装置であって、 列車走行により軌道、該軌道を支持する構造物又は地盤
   に発生する振動を検出して振動の時系列信号を出力する
   振動検出手段と、 前記振動の時系列信号に対してスペクトル解析を行って
   線スペクトルを生成するスペクトル解析手段と、 前記線スペクトルを、ペクトル値を縦軸、周波数を横軸
   として画面表示するスペクトル表示手段と、 周波数間隔が等しい複数のカーソル線を生成して、前記
   スペクトル表示手段にオーバーレイ表示させるカーソル
   生成手段と、 手動操作に応じて前記カーソル生成手段を制御して、前
   記スペクトル表示手段にオーバーレイ表示されている前
   記複数のカーソル線の周波数間隔を変化させるカーソル
   制御手段と、 前記スペクトル表示手段にオーバーレイ表示されている
   前記複数のカーソル線が前記スペクトル表示手段に表示
   されている線スペクトルと合致した時の前記複数のカー
   ソル線の周波数間隔と列車の車軸配置に基づく起振力列
   を表すパラメータとに対応する列車の走行速度を算出し
   て出力する速度算出手段と、 を有することを特徴とする列車速度測定装置。
2. 【請求項２】 振動記録部と速度換算部とに分離して構
   成され、 前記振動記録部は、前記振動検出手段及びその振動検出
   手段から出力される振動の時系列信号を記録媒体に記録
   する記録手段を有し、 前記速度換算部は、スペクトル解析手段、前記スペクト
   ル表示手段、前記カーソル生成手段、前記カーソル制御
   手段及び前記速度算出手段を有し、 前記スペクトル解析手段は前記記録媒体から再生される
   前記振動検出信号を入力するものであること、 を特徴とする請求項１記載の列車速度測定装置。
3. 【請求項３】 列車速度を地上で測定する列車速度測定
   装置であって、 列車走行により軌道、該軌道を支持する構造物又は地盤
   に発生する振動を検出して振動の時系列信号を出力する
   振動検出手段と、 前記時系列信号に対してスペクトル解析を行って線スペ
   クトルを生成するスペクトル解析手段と、 前記線スペクトルを、ペクトル値を縦軸、周波数を横軸
   として画面表示するスペクトル表示手段と、 列車の起振力列を表すパラメータと任意に設定される指
   標列車速度とに基づいて指標スペクトルを生成し、その
   指標スペクトルを前記スペクトル表示手段にオーバーレ
   イ表示させる指標スペクトル生成手段と、 手動操作に応じて前記スペクトル表示手段にオーバレイ
   表示されている指標スペクトルが前記スペクトル表示手
   段に表示されている線スペクトルと合致させるべく前記
   指標スペクトル生成手段に設定する前記指標列車速度を
   変化させるための指標列車速度設定手段と、 前記指標列車速度設定手段によって前記指標スペクトル
   生成手段に設定される前記指標列車速度を表示する速度
   表示手段と、 を有することを特徴とする列車速度測定装置。
4. 【請求項４】 振動記録部と速度換算部とに分離して構
   成され、 前記振動記録部は、前記振動検出手段及びその振動検出
   手段から出力される振動の時系列信号を記録媒体に記録
   する記録手段を有し、 前記速度換算部は、スペクトル解析手段、前記スペクト
   ル表示手段、前記指標スペクトル生成手段、前記指標列
   車速度設定手段及び前記速度表示手段を有し、 前記スペクトル解析手段は、前記記録媒体から再生され
   る前記振動検出信号を入力するものであること、 を特徴とする請求項３記載の列車速度測定装置。